本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种可移动式交直流多端口柔性控制器及合解环启停方法，柔性控制器包括两个模块化多电平换流器MMC，两个模块化多电平换流器MMC背靠背连接，两个模块化多电平换流器MMC的交流侧分别连接联络开关S1、S2进行投切对两个交流端口AC1和AC2进行移动；两个模块化多电平换流器MMC的直流侧通过多个串联输入并联输出的双有源桥变换器DAB进行DC/DC变换，DAB输出端通过联络开关S3投切后用于连接直流端口DC；MMC采用功率解耦控制策略，DAB采用单移相控制方式。本发明通过在联络开关处投切，自由改变在配电网中的接入位置，配合启停控制方法实现全部或任意两个端口间的柔性连接，提高了系统的灵活性、稳定性、可靠性。
1.可移动式交直流多端口柔性控制器，用于电网不同馈线之间的功率控制，有互联需求的馈线之间通过常开状态的开关柜进行连接，开关柜实现馈线互联或断开；其特征在于：柔性控制器为三端口结构，包括两个模块化多电平换流器MMC，两个模块化多电平换流器MMC背靠背连接，两个模块化多电平换流器MMC的交流侧分别连接联络开关S1、S2进行投切对两个交流端口AC1和AC2进行移动；两个模块化多电平换流器MMC的直流侧通过多个串联输入并联输出的双有源桥变换器DAB进行DC/DC变换，DAB输出端通过联络开关S3投切后用于连接直流端口DC；
MMC两侧的交流端口AC1和AC2用于连接交流电网馈线，DAB侧的直流端口DC用于连接直流电网馈线，联络开关S1、S2、S3连接不同端口，通过移动柔性控制器在馈线间的位置，并控制联络开关S1、S2、S3的开关动作改变端口的接入位置，实现柔性控制器在配电网中接入位置的改变；
当原本处于断开状态的两条馈线存在互联需求时，柔性控制器通过对应端口的联络开关分别接入两条馈线的连接点并闭合联络开关进行合环实现柔性互联；当两条馈线间仅需常态互联、无需功率控制时，闭合开关柜，并将柔性控制器退出运行，断开柔性控制器对应端口的联络开关；
当馈线互联需求发生改变时，柔性控制器在配电网的馈线接入位置改变，将柔性控制器移动至另外两条有互联需求的馈线之间，通过对应端口的联络开关分别接入另外两条馈线的连接点并闭合联络开关实现柔性互联；
当两条通过开关柜互联的馈线需要切换至断开状态时，首先将柔性控制器的对应端口分别接入两条馈线处的连接点并闭合联络开关，通过功率控制使流过开关柜的功率为零，再断开开关柜，对柔性控制器实施解环控制，实现两条馈线由互联状态平滑切换至断开状态；
MMC采用功率解耦控制策略，包括功率外环控制和电流内环控制；功率外环控制用于为电流内环控制提供dq轴电流参考值，其中一侧MMC的功率外环控制采用定直流电压和无功功率控制，即Udc‑Q控制，另一侧采用定有功功率和无功功率控制，即P‑Q控制；电流内环控制采用直接电流控制方式，产生驱动各子模块的开关信号；
单端的模块化多电平换流器MMC采用的是三相半桥模块化多电平换流器，三相半桥模块化多电平换流器包括结构相同的三个相单元，每个相单元由上下对称的2个桥臂构成，单端MMC整体为三相六桥臂结构；每个桥臂包括串联连接的N个结构相同的子模块SM、1个桥臂电抗器Larm和1个桥臂等效电阻Rarm；
子模块SM包括2个功率管、2个对应的反并联二极管、1个直流储能电容C0、1个快速旁路开关K1和1个旁路保护二极管K2；2个功率管分别为功率管VT1和功率管VT2，反并联二极管分别为二极管VD1和二极管VD2；其中，VT1、VT2、VD1、VD2、C0这5个器件共同构成半桥结构拓扑；
功率管VT1的发射极连接于功率管VT2的集电极，功率管VT1的集电极连接于直流储能电容C0正极，功率管VT2的发射极连接于直流储能电容C0负极，功率管VT1与二极管VD1反向并联，功率管VT2与二极管VD2反向并联；
快速旁路开关K1、旁路保护二极管K2均与功率管VT2并联。
2.根据权利要求1所述的可移动式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：双有源桥变换器DAB包括两个对称的H桥和一个包含漏感的高频变压器；左右两个H桥通过高频变压器相互连接。
3.根据权利要求1所述的可移动式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：DAB采用的单移相控制方式，具体为：DAB中所有开关管的驱动信号都是占空比为50％的PWM信号，原边信号与副边信号错开一个移相角 来对原副边电压进行控制。
4.根据权利要求3所述的可移动式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：DAB的控制还包括对多个DAB功率采用功率平衡控制策略进行均流控制。
5.可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法，采用权利要求1至4任一项所述的可移动式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：包括合环启动控制方法与解环停止控制方法；
当两个交流端口合环时，一侧MMC采用Udc‑Q控制，另一侧MMC采用定P‑Q控制；首先，AC1交流端口MMC的Udc控制指令设定为额定直流电压值，将AC2交流端口MMC的功率控制指令设置为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2进行合闸，合环后控制AC2交流端口的功率参考值变为运行值；将功率参考值变化率限制在k1，k1根据当前最大电流限幅取值，避免功率参考值的突变，使得功率参考值线性上升；
当交流端口AC1与直流端口DC合环时，MMC采用Udc‑Q控制，设定直流母线电压参考值为额定电压，DAB控制有功参考值Pref为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S3进行合闸，合环后DAB切换至直流端口DC的电压控制；将有功参考值变化率限制在k2，k2根据当前最大电流限幅取值，避免功率参考值突变；
当交流端口AC2与直流端口DC合环时，控制方法和交流端口AC1与直流端口DC合环时的控制方法同理；
当三端口同时合环投入运行时，将一侧交流端口采用Udc‑Q控制，设置直流母线电压为额定值，另一侧交流端口采用P‑Q控制，将有功参考值控制为0，直流端口也将有功参考值控制为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2、S3进行合闸，合环后另一侧交流端口的端口功率参考值变为运行值，并将功率参考值变化率限制在k1，直流端口DC切换为定端口电压控制，并将功率参考值变化率限制在k2，当柔性控制器稳定运行后实现交流功率控制和直流端口电压的控制；
解环停止控制方法，柔性控制解环并退出运行是合环启动的逆过程，具体为：
当柔性控制器从三端口互联状态解环直流端口，变为交流端口AC1、AC2互联状态；首先控制直流端口有功参考值线性下降至0，并限制有功参考值变化率为k2，等到直流端口的功率线性下降至0时，断开联络开关S3实现直流端口的解环；在AC1、AC2互联状态下，若要进一步实现AC1、AC2解环，使柔性控制器退出运行，则先控制P‑Q控制侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等交流端口AC1、AC2间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S2，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行；
当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1、直流端口DC互联状态；在解环操作前首先需要将待解环的交流端口AC2切换为P‑Q控制，另一交流端口AC1切换为Udc‑Q控制；首先控制交流端口AC2的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等AC2端口功率线性下降至0时，断开联络开关S2实现交流端口AC2的解环；在AC1、DC互联状态下，若要进一步实现AC1、DC解环，使柔性控制器退出运行，则先控制DC侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k2，等端口AC1、DC间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S3，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行；
当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC2、直流端口DC互联状态时，控制方法与当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1、直流端口DC互联状态的控制方法同理。
可移动式交直流多端口柔性控制器及合解环启停方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种可移动式交直流多端口柔性控制器及合解环启停方法。
背景技术
[0002] 配电网作为整个输电系统中的最后一环，承担着将电能分配至用户的重要任务，但我国的配电网在发展过程中存在运行结构不灵活、对自身控制能力不足等诸多问题，随着未来更多分布式电源(distributed generation,DG)接入，这些问题将更加突出，无法满足未来配电网发展对高可靠性、安全性、灵活性的需求。随着近年来电力电子技术的发展，配电系统中出现了许多新型柔性配电设备，柔性控制器(flexible control device，FCD)的概念也应运而生，通过替代配电网中原有的联络开关、变压器等一次设备，不仅可以优化网络结构，还可以提高配电网整体的调控能力。柔性控制器作为一种配电网软连接装置，具有灵活调控自身功率，优化配电网潮流分布，提高系统电能质量的作用，其装置设计和控制设计是重要的研究内容。目前，柔性控制器装置的设计大都为固定式两端口形式，背靠背模块化多电平变流器(back‑to‑back modular multilevel converter，BTB‑MMC)拓扑得到最为广泛的关注，采用BTB‑MMC结构具有功率灵活控制、交直流解耦、故障穿越能力强等优点。但BTB‑MMC结构只能用于双端交流互联，应用场景有限。为了适应多端多电压等级互联、交直流混联等更加复杂的配电网柔性互联场景，需要进一步研究端口数更多、功能更全面、可靠性更高、适用范围更广的新型柔性控制器拓扑。文献“张国驹,裴玮,申磊,李宁宁,邓卫.应用于配电网三端柔性互联的三角形交交变换器[J].电力系统自动化,2021,45(08):32‑
40”提出一种三角形交交变换器能够实现三端交流柔性互联并减少一半桥臂数量，但无法用于交直流混联场景且端口电流存在耦合。文献“杨万里,涂春鸣,兰征,肖凡,郭祺,王鑫.基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略[J].电力自动化设备,2021,41(05):254‑260.”提出一种可以交直流混联的三端口柔性控制器结构，但仍是固定接入配电网中，无法灵活选择接入点，优化能力受到安装位置的限制。
[0003] 针对上述柔性控制器装置，普遍存在以下问题：
[0004] (1)现有的柔性控制器装置位置固定、无法自由选择安装位置、拓扑结构简单、功能单一、控制灵活性弱，难以适应复杂多变的实际配电网运行场景，适用场景窄。
[0005] (2)现有的柔性控制器控制方式设计大都针对双端交流或多端交流拓扑进行设计，针对复合型多端口结构的柔性控制器交直流端口间如何配合控制的研究较少，交直流混合多端口的合解环启停控制方法更为复杂，目前缺乏移动式柔性控制器接入配电网的合解环启停控制方法研究。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器及合解环启停方法，实现交直流多端口柔性互联，适用场景宽，通过联络开关自由改变在配电网中的接入位置，配合启停控制方法减小合解环过程的冲击，提高配电网的稳定性。
[0007] 为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：可移动式交直流多端口柔性控制器，为三端口结构，包括两个模块化多电平换流器MMC，两个模块化多电平换流器MMC背靠背连接，两个模块化多电平换流器MMC的交流侧分别连接联络开关S1、S2进行投切对两个交流端口AC1和AC2进行移动；两个模块化多电平换流器MMC的直流侧通过多个串联输入并联输出的双有源桥变换器DAB进行DC/DC变换，DAB输出端通过联络开关S3投切后用于连接直流端口DC；
[0008] MMC两侧的交流端口AC1和AC2用于连接交流电网馈线，DAB侧的直流端口DC用于连接直流电网馈线，联络开关S1、S2、S3连接不同端口，通过移动柔性控制器在馈线间的位置，并控制联络开关S1、S2、S3的开关动作改变端口的接入位置，实现柔性控制器在配电网中接入位置的改变；
[0009] 当原本处于断开状态的两条馈线存在互联需求时，柔性控制器通过对应端口的联络开关分别接入两条馈线的连接点并闭合联络开关进行合环实现柔性互联；当两条馈线间仅需常态互联、无需功率控制时，闭合开关柜，并将柔性控制器退出运行，断开柔性控制器对应端口的联络开关；
[0010] 当馈线互联需求发生改变时，柔性控制器在配电网的馈线接入位置改变，将柔性控制器移动至另外两条有互联需求的馈线之间，通过对应端口的联络开关分别接入另外两条馈线的连接点并闭合联络开关实现柔性互联；
[0011] 当两条通过开关柜互联的馈线需要切换至断开状态时，首先将柔性控制器的对应端口分别接入两条馈线处的连接点并闭合联络开关，通过功率控制使流过开关柜的功率为零，再断开开关柜，对柔性控制器实施解环控制，实现两条馈线由互联状态平滑切换至断开状态；
[0012] MMC采用功率解耦控制策略，包括功率外环控制和电流内环控制；功率外环控制用于为电流内环控制提供dq轴电流参考值，其中一侧MMC的功率外环控制采用定直流电压和无功功率控制，即Udc‑Q控制，另一侧采用定有功功率和无功功率控制，即P‑Q控制；电流内环控制采用直接电流控制方式，产生驱动各子模块的开关信号；
[0013] DAB采用单移相控制方式。
[0014] 按以上方案，单端的模块化多电平换流器MMC采用的是三相半桥模块化多电平换流器，三相半桥模块化多电平换流器包括结构相同的三个相单元，每个相单元由上下对称的2个桥臂构成，单端MMC整体为三相六桥臂结构；每个桥臂包括串联连接的N个结构相同的子模块SM、1个桥臂电抗器Larm和1个桥臂等效电阻Rarm。
[0015] 按以上方案，子模块SM包括2个功率管、2个对应的反并联二极管、1个直流储能电容C0、1个快速旁路开关K1和1个旁路保护二极管K2；2个功率管分别为功率管VT1和功率管VT2，反并联二极管分别为二极管VD1和二极管VD2；其中，VT1、VT2、VD1、VD2、C0这5个器件共同构成半桥结构拓扑；
[0016] 功率管VT1的发射极连接于功率管VT2的集电极，功率管VT1的集电极连接于直流储能电容C0正极，功率管VT2的发射极连接于直流储能电容C0负极，功率管VT1与二极管VD1反向并联，功率管VT2与二极管VD2反向并联；
[0017] 快速旁路开关K1、旁路保护二极管K2均与功率管VT2并联；K1与K2器件能够在所连接的交直流系统或子模块本身发生故障时及时切除连接，保护变流器设备；当子模块发生故障的时候，K1能迅速旁路故障子模块，并保证桥臂电流的连续性；当发生换流器直流母线短路或传输线短路等严重的故障时，因K2具有良好的抗电流冲击能力，能保护与它并联的续流二极管；因此，K1和K2极大地增强了子模块的安全性和实用性。
[0018] 按以上方案，双有源桥变换器DAB包括两个对称的H桥和一个包含漏感的高频变压器；左右两个H桥通过高频变压器相互连接。
[0019] 按以上方案，DAB采用的单移相控制方式，具体为：DAB中所有开关管的驱动信号都是占空比为50％的PWM信号，原边信号与副边信号错开一个移相角 来对原副边电压进行控制。
[0020] 按以上方案，DAB的控制还包括对多个DAB功率采用功率平衡控制策略进行均流控制。
[0021] 本发明还提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法，采用上述的可移动式交直流多端口柔性控制器，包括合环启动控制方法与解环停止控制方法；
[0022] 合环启动控制方法，具体为：
[0023] 当两个交流端口合环时，一侧MMC采用Udc‑Q控制，另一侧MMC采用定P‑Q控制；首先，AC1交流端口MMC的Udc控制指令设定为额定直流电压值，将AC2交流端口MMC的功率控制指令设置为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2进行合闸，合环后控制AC2交流端口的功率参考值变为运行值；将功率参考值变化率限制在k1，k1根据当前最大电流限幅取值，避免功率参考值的突变，使得功率参考值线性上升；
[0024] 当交流端口AC1与直流端口DC合环时，MMC采用Udc‑Q控制，设定直流母线电压参考值为额定电压，DAB控制有功参考值Pref为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S3进行合闸，合环后DAB切换至直流端口DC的电压控制；将有功参考值变化率限制在k2，k2根据当前最大电流限幅取值，避免功率参考值突变；
[0025] 当交流端口AC2与直流端口DC合环时，控制方法和交流端口AC1与直流端口DC合环时的控制方法同理；
[0026] 当三端口同时合环投入运行时，将一侧交流端口采用Udc‑Q控制，设置直流母线电压为额定值，另一侧交流端口采用P‑Q控制，将有功参考值控制为0，直流端口也将有功参考值控制为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2、S3进行合闸，合环后另一侧交流端口的端口功率参考值变为运行值，并将功率参考值变化率限制在k1，直流端口DC切换为定端口电压控制，并将功率参考值变化率限制在k2，当柔性控制器稳定运行后实现交流功率控制和直流端口电压的控制。
[0027] 解环停止控制方法，柔性控制解环并退出运行是合环启动的逆过程，具体为：
[0028] 当柔性控制器从三端口互联状态解环直流端口，变为交流端口AC1、AC2互联状态；首先控制直流端口有功参考值线性下降至0，并限制有功参考值变化率为k2，等到直流端口的功率线性下降至0时，断开联络开关S3实现直流端口的解环；在AC1、AC2互联状态下，若要进一步实现AC1、AC2解环，使柔性控制器退出运行，则先控制P‑Q控制侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等交流端口AC1、AC2间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S2，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行；
[0029] 当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1、直流端口DC互联状态；在解环操作前首先需要将待解环的交流端口AC2切换为P‑Q控制，另一交流端口AC1切换为Udc‑Q控制；首先控制交流端口AC2的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等AC2端口功率线性下降至0时，断开联络开关S2实现交流端口AC2的解环；在AC1、DC互联状态下，若要进一步实现AC1、DC解环，使柔性控制器退出运行，则先控制DC侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k2，等端口AC1、DC间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S3，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行。
[0030] 当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC2、直流端口DC互联状态时，控制方法与当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1、直流端口DC互联状态的控制方法同理。
[0031] 本发明具有如下有益效果：
[0032] 一、采用本发明的可移动式交直流多端口柔性控制器的拓扑结构，具有可移动设计、多端口、交直流混联、跨电压等级互联的特点；本发明可以自由移动应用于配网不同电压等级、不同位置的馈线之间，本发明控制器为三端口结构，MMC两侧连接交流配网馈线，DAB侧连接直流馈线，本发明根据配网实际需求，通过移动柔性控制器位置，配合联络开关灵活连接不同端口，根据所要接入的端口，配合相应的联络开关启停，本发明控制器大大提升了控制器的实际应用效果和接入位置灵活性，因而称为可移动式；相比于现有的柔性控制器拓扑，能够灵活选择在配电网中的接入位置，提高了装置利用率，能够实现更多功能，适用于配电网交流互联、交直流混联、跨电压互联、多端口互联等多种应用需求，能够适用更广泛的配电网柔性互联场景；
[0033] 二、本发明为可移动式设计，柔性控制器各端口可以灵活接入、独立控制，接入位置与控制方式更加灵活；针对配电网不同的具体应用场景和控制需求，本发明通过在联络开关处投切，自由改变在配电网中的接入位置，配合启停控制方法实现全部或任意两个端口间的柔性连接，并且通过对合解环过程中的功率变化率进行限幅有效减小合解环过程中的电流冲击，提高了系统的灵活性、稳定性、可靠性。
附图说明
[0034] 图1为本发明实施例整体结构示意图；
[0035] 图2为本实施例可移动原理示意图；
[0036] 图3为本实施例中模块化多电平变流器拓扑结构图；
[0037] 图4为本实施例中子模块SM拓扑结构图；
[0038] 图5为本实施例中双有源桥变换器DAB拓扑结构图；
[0039] 图6为本实施例中多个DAB串联输入并联输出的结构示意图；
[0040] 图7为本实施例中MMC的功率解耦控制策略示意图；
[0041] 图8为本实施例中DAB功率平衡控制策略示意图。
具体实施方式
[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0043] 请参考图1至图8，本发明提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器，用于电网不同馈线之间的功率控制，有互联需求的馈线之间通过常开状态的开关柜进行连接，开关柜实现馈线互联或断开。柔性控制器为三端口结构，可移动式交直流多端口柔性控制器拓扑结构，如图1所示，包括两个模块化多电平换流器MMC，两个模块化多电平换流器MMC背靠背连接，即交流侧通过BTB‑MMC结构互联，实现了两个交流端口间的解耦互联，两侧的交流端口可以运行在不同电压等级，两个模块化多电平换流器MMC的交流侧分别连接联络开关S1、S2进行投切对两个交流端口AC1和AC2进行移动；两个模块化多电平换流器MMC的直流侧通过多个串联输入并联输出的双有源桥变换器DAB进行DC/DC变换，DAB输出端通过联络开关S3投切后用于连接直流端口DC，可接入电动汽车等直流负载或光伏等直流电源。MMC两侧的交流端口AC1和AC2用于连接交流电网馈线，DAB侧的直流端口DC用于连接直流电网馈线，联络开关S1、S2、S3连接不同端口，通过移动柔性控制器在馈线间的位置,并控制联络开关S1、S2、S3的开关动作改变端口的接入位置,实现柔性控制器在配电网中的接入位置灵活改变。
[0044] 如图2所示，有互联需求的馈线之间通过常开状态的开关柜进行连接，开关柜可以实现馈线互联或断开，但无法抑制合解环过程中的电流冲击，也无法主动对有功无功进行解耦控制。当原本处于断开状态的两条馈线存在互联需求时，如图2中的馈线1和馈线2，首先将柔性控制器通过联络开关分别接入馈线1和馈线2处的连接点，再通过合环控制策略对馈线1、馈线2实施柔性互联，实现馈线1、馈线2间的功率自由控制。当馈线1、馈线2间仅需常态互联、无需功率控制时，闭合开关柜1，并将柔性控制器退出运行，断开柔性控制器交流端口的联络开关。此时馈线1、馈线2完成了断开到互联状态的切换。如果需要进一步实现馈线2、馈线3之间的互联，可以将柔性控制通过运输装置移动至馈线2、馈线3之间，并将柔性控制器的联络开关分别接入馈线2和馈线3处的连接点，并重复上述步骤，实现馈线2、馈线3的互联。当两条通过开关柜互联的馈线，如馈线1、馈线2，需要切换至断开状态时，首先将柔性控制器的交流端口AC1、AC2分别接入馈线1、馈线2处的连接点，通过功率控制使流过开关柜的功率为零，再断开开关柜，对柔性控制器实施解环控制，实现馈线1、馈线2由互联状态平滑切换至断开状态。
[0045] 下面分别对MMC和DAB的拓扑结构进行说明：
[0046] 单端MMC拓扑结构如图3所示，采用的是三相半桥模块化多电平换流器，包括结构相同的三个相单元，每个相单元由上下对称的2个桥臂构成，单端MMC整体为三相六桥臂结构；每个桥臂包括串联连接的N个结构相同的子模块SM、1个桥臂电抗器Larm和1个桥臂等效电阻Rarm。
[0047] 单个子模块拓扑结构如图4所示，子模块SM包括2个功率管IGBT(功率管VT1、功率管VT2)、2个对应的反并联二极管(二极管VD1、二极管VD2)、1个直流储能电容C0、1个快速旁路开关K1和1个旁路保护二极管K2；其中，VT1、VT2、VD1、VD2、C0这5个器件共同构成半桥结构拓扑；
[0048] 功率管VT1的发射极连接于功率管VT2的集电极，功率管VT1的集电极连接于直流储能电容C0正极，功率管VT2的发射极连接于直流储能电容C0负极，功率管VT1与二极管VD1反向并联，功率管VT2与二极管VD2反向并联；
[0049] 快速旁路开关K1、旁路保护二极管K2均与功率管VT2并联；K1与K2器件能够在所连接的交直流系统或子模块本身发生故障时及时切除连接，保护变流器设备。当子模块发生故障的时候，K1能迅速旁路故障子模块，并保证桥臂电流的连续性。当发生换流器直流母线短路或传输线短路等严重的故障时，因K2具有良好的抗电流冲击能力，能保护与它并联的续流二极管。因此，K1和K2极大地增强了子模块的安全性和实用性。
[0050] 双有源桥变换器DAB拓扑结构如图5和图6所示，包括两个对称的H桥和一个包含漏感的高频变压器，左右两个H桥通过高频变压器相互连接。两个对称的H桥保证了能量的双向流动，通过高频变压器耦合，高频变压器主要完成能量传递和电压等级的变换，漏感是系统进行能量传递的核心元件。这种结构容易实现软开关，功率器件所承受的应力小，通过高频变压器隔离电源与负载，能够减小变压器体积，提高变换器功率密度。
[0051] 下面分别对各端口的运行控制方案进行说明：
[0052] 多端口柔性控制器的端口换流器MMC和DAB都可以分别进行独立控制，其中MMC采用功率解耦控制策略，即采用d‑q解耦双闭环控制，如图7所示，包括功率外环控制和电流内环控制；其中外环控制动态性能受电流内环控制的动态性能影响，功率外环控制用于为电流内环控制提供dq轴电流参考值，功率外环控制用于控制一个有功量和一个无功量，有功量控制有功功率或直流电压，无功量控制无功功率或交流电压，其中一侧MMC采用定直流电压和无功功率控制，即Udc‑Q控制，另一侧采用定有功功率和无功功率控制，即P‑Q控制。电流内环控制采用直接电流控制方式，实现有功无功电流的控制并输出调制波，从而产生驱动各子模块中开关器件的开关信号；电流内环控制直接通过电流负反馈闭环，使控制器快速响应、提高变流器动态特性、增强系统鲁棒性。
[0053] DAB结构采用单移相控制方式，DAB中所有开关管的驱动信号都是占空比为50％的PWM信号，原边信号与副边信号错开一个移相角 来对原副边电压进行控制。由于多个DAB输出并联，还需要对多个DAB功率采用功率平衡控制策略进行均流控制，使每个DAB功率平衡，如图8所示，以两个DAB串联输入并联输出为例，VdcL_ref,VdcL分别为并联DAB的参考电压和实际电压，IDAB1，IDAB1分别为DAB1和DAB2的输出电流，VdcH1,VdcH2分别为DAB1和DAB2的输出电压，通过功率计算得到每个DAB的平均功率，用平均功率和功率参考值比较，经PI调节后得到每个DAB模块的移相角 从而实现均流控制。
[0054] 本实施例中，针对图1所示的多端口柔性控制器，采用如下控制方案：MMC采用图7所示功率解耦控制策略，左侧MMC采用Udc‑Q控制，维持直流母线电压稳定，右侧MMC采用P‑Q控制，优化交流端口的功率，DAB采用图8所示功率平衡控制策略，控制直流端口电压稳定。
[0055] 本发明还提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法，多端口柔性控制器合解环启停控制是指在配电网电压等级下，以MMC技术和DAB技术为基础，通过柔性控制器来连接相同或不同电压等级的电网馈线，实现合环运行，可有效提高电网的供电可靠性和严重故障抵御能力，同时实现不同配网馈线间的功率交换。本发明的柔性控制器为可移动式，如图1所示，通过联络开关S1、S2、S3灵活接入配电网不同位置，实现接入位点的柔性互联与功率传输。在柔性控制器对应端口接入或退出配电网时，为避免产生功率冲击，需要设计合理的合解环启停控制方法，对功率进行平滑控制。当柔性控制器进行合解环启停时，首先要保证端口接入处的配电网处于轻载运行状态，以交流配网负载率和直流端口源荷比作为启停判据，可根据运行情况灵活设置。下面分别对合环启动控制方法与解环停止控制方法进行进一步阐述。
[0056] (1)合环启动控制方法
[0057] 如图1所示，柔性控制器具有三端口结构，可以任意两端口进行合环，也可以三端口均合环，实际应用时根据配电网控制需求进行选择。当两个交流端口AC1和AC2合环时，需要由一侧MMC采用Udc‑Q控制，另一侧MMC采用定P‑Q控制。以AC1端口MMC采用定Udc‑Q控制，AC2端口MMC采用P‑Q控制为例，首先AC1端口MMC的Udc控制指令设定为额定直流电压值，将AC2端口MMC的功率控制指令设置为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2进行合闸，合环后控制AC2端口的功率参考值变为运行值，针对合环后功率参考值突变引起的电流超标问题，通过功率指令调控，改善电流波动。提出功率指令线性控制，将功率参考值变化率限制在k1(k1可根据当前最大电流限幅取值)，避免了功率参考值的突变，使得功率参考值线性上升，减小合环电流冲击。当柔性控制器稳定运行后可实现控制配网潮流分布，进行交流电网的潮流优化，故障时紧急有功支援的功能。
[0058] 当交流端口AC1(以AC1为例，AC2同理)与直流端口DC合环时，MMC采用Udc‑Q控制，设定直流母线电压参考值为额定电压，DAB控制有功参考值Pref为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S3进行合闸，合环后DAB切换至图8的直流出口端电压控制，但为了避免电流冲击，需要将有功参考值变化率限制在k2(k2可根据当前最大电流限幅取值)，避免功率参考值突变，当柔性控制器稳定运行后可实现直流端口电压的稳定控制。
[0059] 当三端口同时合环投入运行时，与上述两端口合环的情况类似，需要一侧交流端口(以AC1为例)采用Udc‑Q控制，设置直流母线电压为额定值，余下的交流端口(AC2)采用P‑Q控制，将有功参考值控制为0，直流端口也将有功参考值控制为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2、S3进行合闸，合环后AC2端口功率参考值变为运行值，并将功率参考值变化率限制在k1，DC端口切换为定端口电压控制，并将功率参考值变化率限制在k2，当柔性控制器稳定运行后可实现交流功率灵活控制和直流端口电压的稳定控制。
[0060] 当柔性控制器已经处在两端口互联运行状态时，若要对剩余的第三个端口合环，参照上述方法，首先将待投入端口控制器的有功参考值设置为0，在该端口无功率交换的情况下，合上联络开关，合环后对功率参考值变化率进行限幅，等功率稳定后即可实现三端口柔性互联状态。
[0061] (2)解环停止控制方法
[0062] 柔性控制解环并退出运行是合环启动的逆过程，控制方法类似，同样需要避免解环过程中应功率突变而引起冲击。
[0063] 当柔性控制器从三端口互联状态解环直流端口，变为交流端口AC1、AC2互联状态。首先控制直流端口有功参考值线性下降至0，并限制有功参考值变化率为k2，等到直流端口的功率线性下降至0时，断开联络开关S3实现直流端口的解环。在AC1、AC2互联状态下，若要进一步实现AC1、AC2解环，使柔性控制器退出运行，则先控制P‑Q控制侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等交流端口AC1、AC2间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S2，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行。
[0064] 当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1(AC2同理)、直流端口DC互联状态。在解环操作前首先需要将待解环的交流端口切换为P、Q控制，另一交流端口切换为Udc‑Q控制。本例中，AC1为Udc‑Q控制，AC2为P、Q控制。首先控制AC2的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等AC2端口功率线性下降至0时，断开联络开关S2实现交流端口AC2的解环。在AC1、DC互联状态下，若要进一步实现AC1、DC解环，使柔性控制器退出运行，则先控制DC侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k2，等端口AC1、DC间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S3，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行。
[0065] 柔性控制器从三端口互联状态将所有端口解环并退出运行，与上述情况类似，首先控制所有端口的功率参考值为0，并根据最大电流限制参考值变化率，等柔性控制器所有端口间的功率均线性下降至0时，断开联络开关S1、S2、S3，实现端口间的解环，并且柔性控制器退出运行。
[0066] 本发明中，可移动式交直流多端口柔性控制器指控制器可以自由移动应用于配网不同电压等级、不同位置的馈线之间，本发明控制器为三端口结构，MMC两侧连接交流配网馈线，DAB侧连接直流馈线，该装置可根据配网实际需求，通过改变接入位置，配合联络开关灵活连接不同端口，具体配合联络开关的方法通过可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法实现，根据所要接入的端口，配合相应的联络开关启停，本发明提升了控制器的实际应用效果和接入位置灵活性，因而称为可移动式。进一步的，控制器的灵活接入体现在控制器合解环启停控制方法，接入不同的交直流端口，联络开关的开关动作不同；本发明根据不同的端口控制策略来接入不同的交直流端口，实现接入点的柔性互联与功率传输。
[0067] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
[0068] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
